Aktuální vydání

celé číslo

10

2019

Automatizace v chemii a petrochemii

Hladinoměry

celé číslo

Moderní zapisovače umí mnohem více než jen zaznamenávat hodnoty

Automa 7/2000

(Bk)

Moderní zapisovače umí mnohem více než jen zaznamenávat hodnoty

V mnoha provozech se k záznamu hodnot ještě stále používají staré mechanické zapisovače. Kdo s nimi někdy pracoval, zná jejich slabiny: inkoust dochází, zasychá v peru, vylévá se na záznamový papír. Ruční odečítání naměřených hodnot z dlouhých rolí popsaného papíru také není právě pohodlné. Není proto divu, že se již dlouhou dobu objevují snahy toto mechanické zařízení nahradit spolehlivějším zařízením se snazší obsluhou.

Obr. 1.

Elektronické zapisovače bez inkoustu a papíru nejsou žádnou novinkou. Patří k nim i zapisovače DAQStation DX100/DX200 japonské firmy Yokogawa. V tomto článku jsou popsány technické možnosti těchto špičkových a moderních přístrojů, které dokážou mnohem více než jen zaznamenávat naměřené hodnoty.

Zapisovače DAQStation řady DX100 a DX200 jsou elektronické stanice sběru dat se schopností zaznamenávat 2 až 30 měřených veličin. Mají velmi kvalitní barevný displej, široké možnosti záznamu dat do paměti a na záznamová média, odolnou konstrukci vhodnou do průmyslového prostředí a možnost zapojení do komunikačních sítí. K dispozici je software, který usnadňuje přenos dat na vzdálené jednotky a ovládání zapisovače po síti.

Displej a ovládání zapisovače
Zapisovače typové řady DX mají barevný displej TFT-LCD. Připomeňme, že v technologii TFT (thin film transistor) jsou za každým obrazovým bodem (R, G, B) tři miniaturní samostatně buzené tranzistory, které vytvářejí elektrické pole ovládající tekuté krystaly. Výsledný obraz je mnohem ostřejší a sytější než u klasického displeje LCD, navíc lze dosáhnout rychlejší změny zobrazení. Zapisovače DX 100 mají 320 × 240 bodů (úhlopříčka 5,5") a zapisovače DX 200 640 × 480 bodů (úhlopříčka 10,4"). Údaje na obrazovce jsou čitelné i z velkého úhlu (až 30°).

Co se na displeji zobrazuje? Celá plocha displeje je rozdělena do několika oblastí (obr. 1). První z nich je oblast grafů (1). Zde se zobrazují grafické průběhy měřených hodnot společně se stupnicí, číslem kanálu nebo měřené proměnné, popř. s poznámkami definovanými uživatelem. Pro zobrazení hodnot na DX100 lze zvolit dvanáct barev, na DX200 šestnáct barev. Barva pozadí může být bílá nebo černá. Graf může být orientován vodorovně nebo svisle. Kromě běžného zápisu čárovým grafem tak, jak jej známe z mechanických zapisovačů, lze data zobrazit i v podobě sloupcového grafu nebo numerických hodnot (pro lepší čitelnost s velkými číslicemi). Na displeji je možné zobrazit i historická data uložená v paměti přístroje. V režimu přehledového zobrazení se na displeji v grafickém poli objeví údaje o alarmech a hodnotách měřených veličin v okamžiku vzniku alarmu. V režimu informačního zobrazení si může uživatel prohlédnout provozní deník: soubor alarmů, soubor zpráv, informace o paměti a záznamu hodnot na média. Pro doplnění je třeba zmínit ještě poslední způsob zobrazení: dělený displej. To je pomocné zobrazení, které obsluze umožňuje snadno a rychle si vybrat mezi jednotlivými způsoby zobrazení. Druh a parametry zobrazení hodnot lze vybrat ze seznamu nabídek, který je zobrazen v levé části obrazovky (4). V tomto seznamu se lze pohybovat pomocí ovládacích tlačítek (5). Zobrazovací tlačítka je možné použít i k vyhledávání událostí v informačním zobrazení. Po stisknutí středního tlačítka se graficky zobrazí data zaznamenaná v časovém okolí vyhledaného alarmu nebo jiné události.

V oblasti číslicového zobrazení (2) se zobrazují aktuální hodnoty měřených veličin spolu s příslušnou jednotkou a číslem kanálu nebo proměnné, hlášení o alarmech a stavu jednotlivých měřicích kanálů. Tato informace v podstatě odpovídá zobrazení číslicových hodnot v grafické oblasti, rozdíl je ve velikosti zobrazených znaků: v oblasti číslicového zobrazení jsou znaky menší.

Obr. 2.

V oblasti zobrazení stavu zapisovače (3) se zobrazuje údaj, v jakém stavu se právě zapisovač nachází.

Klávesnice (6, pouze u typu DX200) obsahuje funkční klávesy, které slouží k nastavení funkcí přístroje, záznamu dat do paměti, na média apod.

Na čelním panelu je ještě vidět víko krytu záznamového média. Zapisovač lze vybavit disketovou mechanikou, mechanikou ZIP nebo paměťovou kartou PCMCIA ATA.

Paměť
Velkou výhodou elektronických zapisovačů je zabudovaná paměť. U mechanických zapisovačů bylo nutné při vyhledávání záznamu z určité doby nepohodlně rolovat svitky záznamového papíru. V záznamech uložených v paměti elektronického zapisovače se listuje podstatně lépe.

Zapisovače DX mají interní paměť o kapacitě 1,2 MB. Kopie uložených dat může být kromě toho uložena i na záznamová média: diskety, disky ZIP nebo paměťové karty ATA. Interní paměť typu flash EPROM nevyžaduje pro uchování dat napájení, tzn. že data nejsou ztracena ani při vypnutí přístroje nebo výpadku elektrické energie.

Data mohou být na záznamové médium ukládána manuálně nebo automaticky. V manuálním režimu jsou data překopírována, jakmile je médium vloženo do mechaniky. V automatickém režimu jsou data na médium vložené v mechanice ukládána v předem nastaveném intervalu ukládání.

Data v paměti jsou uložena ve formátu náhledu nebo ve formátu detailního zápisu nebo v obou formátech. Data ve formátu náhledu se ukládají takto: v nastaveném časovém intervalu je v každém měřicím kanálu změřena minimální a maximální hodnota. Na displeji se zobrazí obdélníček o šířce jednoho bodu, jehož horní a dolní hrana odpovídají minimální a maximální hodnotě (obr. 2). Velikost uloženého souboru dat je dána periodou záznamu – do interní paměti se vejde záznam všech kanálů o rozsahu od deseti minut do 31 dní.

Obr. 3.

Záznam dat ve formátu detailního zápisu je v kombinaci s funkcí spouště (trigger) určen pro detailní analýzu dat v okamžiku, kdy nastala nějaká událost (alarm, překročení určité hodnoty apod.; obr. 3).

Oba způsoby záznamu lze navzájem kombinovat a ukládat jak data ve formátu náhledu, tak vybraná výjimečná data ve formátu detailního zápisu. Blíže vysvětlím možnosti záznamu na několika příkladech:

1. Kontinuální záznam
Uživatel potřebuje zaznamenávat údaje o stavu vody v šesti hydrologických vrtech. Záznam má být kontinuální. Může využít např. zapisovač DX106 (šestikanálový přístroj), u nějž nastaví periodu aktualizace displeje (odpovídá šířce intervalu na ose času) 30 minut. Data se budou zapisovat každých 60 sekund (na jeden interval aktualizace displeje připadá patnáct záznamů) a do vnitřní paměti se vejde záznam 34denního měření. Bude-li zapisovač data automaticky ukládat na paměťovou kartu o kapacitě 20 MB, může bez obsluhy fungovat více než rok.

2. Záznam pouze nutných dat
Uživatel potřebuje zaznamenávat data z experimentu. Na zapisovači jsou tlačítka Start a Stop, jejichž pomocí lze zápis spustit a zastavit. Je-li v přístroji vloženo záznamové médium a je zvolen automatický režim ukládání, uloží se data ze sledovaného intervalu. Data z každého intervalu se uloží do zvláštního souboru. Lze využít i ručního režimu ukládání: po ukončení vybraného experimentu vloží uživatel do mechaniky záznamové médium a data z vnitřní paměti se na něj okopírují.

3. Zachycení detailu výjimečných dat
Uživatel potřebuje detailně zaznamenat výjimečná data pro jejich analýzu na PC. K tomu využije spoušť (trigger). Použít tuto funkci je velmi jednoduché: stačí nastavit druh spouště a dobu záznamu. Uživatel může nastavit např. spuštění alarmem a dobu záznamu deset minut. Na vložené záznamové médium se uloží desetiminutový záznam hodnot ve formátu detailního zápisu. Zvolených deset minut může být časový interval následující po alarmu (trigger) nebo předcházející alarmu (pre-trigger, v tomto případě se na médium zaznamenávají data uložená ve vnitřní paměti).

4. Kombinace kontinuálního záznamu a detailního záznamu
Uživatel potřebuje kontinuálně zapisovat teplotu ložisek motoru. Mimo to chce detailně zaznamenávat průběh teploty při startu a doběhu. Zatímco jiné zapisovače by potřeboval dva, použije-li zapisovač DX, stačí mu pouze jeden. Ten je schopen zapsat vše potřebné. Na záznamovém médiu bude uložen soubor ve formátu náhledu i jednotlivé soubory ve formátu detailního zápisu s podrobným záznamem teploty v nastaveném časovém intervalu, spuštěném funkcí trigger.

5. Zápis dat o vyráběné dávce
Při dávkové výrobě potřebuje uživatel zaznamenávat průběh výroby určité dávky, např. teplotu, tlak apod., a tento údaj doplnit o textový komentář: číslo dávky nebo identifikaci použitých surovin. Zapisovač umožňuje záznam dávky opatřit identifikační číslem (šestnáct textových znaků a čtyři sériové číslice) a stručným komentářem (tři řádky po 32 znacích).

6. Tvorba souhrnných zpráv
V některých případech uživateli stačí pouze denní nebo týdenní souhrnná zpráva. Výpočetní funkce, které mají některé typy zapisovače DX, umožňují takovou zprávu automaticky vytvořit. Obsahem zprávy mohou být statistické údaje měřených hodnot: průměr, maximum, minimum a kumulativní hodnoty za hodinu, den nebo týden.

Zapojení do sítě
Zapisovače DX jsou vybaveny přípojkou na Ethernet 10BASE-T. Pro komunikaci využívají standardní nástroje FTP a TCP/IP. Druhou možností je sériová komunikace RS-232 nebo RS-422A/485. Komunikace prostřednictvím RS-422A/485 umožňuje na jeden nadřízený počítač připojit až 31 zapisovačů. Zapisovače DX podporují průmyslovou sběrnici Modbus, a lze je tedy připojit i do sítí založených na této sběrnici. Možnosti práce na síti opět objasním na několika příkladech.

1. Centrální správa dat prostřednictvím řídicího počítače
Této možnosti může využít klient, pro nějž je obtížné sbírat data z jednotlivých zapisovačů tím způsobem, že je bude fyzicky obcházet se záznamovými médii. Stejně tak ji využije i ten, pro nějž je nutné data nejen zaznamenávat, ale i ukládat jejich záložní kopii. Zapisovače DX mohou být zapojeny jako klienti FTP a mohou periodicky předávat prostřednictvím Ethernetu data do nadřízeného počítače (file serveru). K tomuto primárnímu serveru může být připojen i záložní sekundární server. Takto lze přenášet data ve všech formátech (náhled, detailní zobrazení, zpráva).

2. Použití zapisovače jako datového serveru
V tomto případě je situace oproti předcházejícímu příkladu obrácená – serverem je zapisovač a klientem FTP je počítač, který žádá zapisovač o uložená data. Tento způsob práce je vhodný tam, kde není nutné data na počítač ukládat pravidelně, ale jen na vyžádání obsluhy.

3. Monitorování více zapisovačů z jednoho počítače
Software DAQEXPLORER umožňuje data ze zapisovačů DX přenášet prostřednictvím Ethernetu přímo na osobní počítač. Na jeden počítač lze připojit až šestnáct zapisovačů a s daty lze pracovat stejně jako při místní obsluze přístroje.

4. Přístup po telefonní lince
K jednotlivým zapisovačům lze přistupovat prostřednictvím nejen Ethernetu, ale i telefonní linky JTS. Je k tomu nutné použít směrovač (router) pro připojení dial-up. Sestava funguje stejně jako u sítě Ethernet (samozřejmě s omezenou rychlostí).

Zabezpečení dat a spolehlivosti zapisovače
Základní podmínkou spolehlivosti zapisovače je, aby se z něj za žádných podmínek neztratily naměřené údaje. Jako interní paměť používá zapisovač paměť typu flash EPROM. Tato paměť se vyznačuje tím, že uchovává svůj obsah i při výpadku napájení. Data jsou uchovávána v binární podobě. Při pokusu o jejich přepis je na nadřízený počítač vysláno varování. Přístup k datům lze blokovat heslem. Kromě uchovávání dat v interní paměti je možné, jak už jsem se zmínil, data ukládat i na externí paměťová média nebo na disk připojeného počítače.

Vysoce spolehlivý musí být i hardware zapisovače. Čelní panel má stupeň krytí IP65, a je tedy odolný proti prachu i stříkající vodě. Celá elektronika zapisovače je z kvalitních a spolehlivých součástek; velký důraz je přitom kladen především na vstup měřených kanálů, protože jeho správná konstrukce podstatně zvyšuje odolnost proti rušení. Samozřejmostí je, že zapisovač splňuje normy pro EMC a nese značku CE.

Obr. 4.

Software
K zapisovači je standardně dodáván software, jenž umožňuje konvertovat, otvírat a zobrazovat soubory dat. Konverze je možná do souboru ASCII, který lze poté importovat do většiny tabulkových kalkulátorů.

Pro práci na síti je určen DAQLOGGER. Lze na něj připojit až 31 zapisovačů s celkem až 384 měřicími kanály. Dovoluje připojit zapisovače typu DX, ale i µR a VR. Data konvertuje do ASCII nebo přímo do formátu pro MS Excel nebo Lotus.

DAQEXPLORER je software z balíku programů DAQSTATION. Má dvě základní funkce: DX desktop (obr. 4) zobrazí na počítači všechny připojené zapisovače jako ikony a poskytne možnost kdykoliv se k nim připojit, ukládat data z jejich paměti na server, měnit nastavení zapisovače atd. Remote Monitor zobrazí na obrazovce počítače to, co je zobrazeno na obrazovce vybraného zapisovače. Stav zapisovače je tak možné monitorovat okamžitě, jen s malým zpožděním, způsobeným přenosem údajů po lince.

Existují i speciální softwarové systémy, např. DAQPharmBio pro dávkovou farmaceutickou a biotechnologickou výrobu.

Závěr
Elektronické zapisovače řady DX nejsou jen plnohodnotnou náhradou mechanických zapisovačů. Yokogawa se snažila svým zákazníkům předložit přístroj, jenž bude poskytovat „inteligenci pro provozy, informace pro kanceláře“. Z předložených informací vyplývá, že tento cíl se podařilo splnit a označení přístroje DX slovem zapisovač se stává anachronismem – výstižnější termín pro tento moderní přístroj je elektronická stanice sběru dat.

Reprezentační kancelář Yokogawa
1. máje 120
703 00 Ostrava
tel.: 069/292 39 67
fax: 069/292 56 73
e-mail: yokogawa@daas.cz

Reprezentační kancelář Yokogawa
Smetanova 520
436 01 Litvínov
tel./fax: 035/582 19
e-mail: m_barnet@volny.cz

Literatura:

[1] YOKOGAWA ELECTRIC CORPORATION: DAQSTATION DX100/DX200. Yamanashi-ken 1999.

[2] YOKOGAWA ELECTRIC CORPORATION: DAQSTATION, Intelligence for the field, information for the office. Yamanashi-ken 1999.

[3] http://www.yokogawa.co.jp/measurement/english/bu/dx/